一种非隔离DCDC充放电切换控制方法及系统与流程

本发明涉及dcdc控制，特别涉及一种非隔离dcdc充放电切换控制方法及系统。

背景技术：

1、非隔离双向dc-dc转换器的电池充放电控制在直流微网中扮演着至关重要的角色。该控制系统的核心任务是通过调节电能的流向，实现电池的高效充电和放电，并维持直流母线电压的稳定性。

2、在充电模式下，非隔离双向dc-dc转换器将直流母线上的电能传输至电池，将电池电压升高到预设值，同时通过电流控制和电压控制来管理充电速度和电池的状态，确保充电过程的安全和高效。在放电模式下，转换器则将电池中的电能释放到直流母线上，以维持系统的供电需求，防止电网出现电压下降的情况。整个过程中，控制系统需要精确调整转换器的工作状态，以避免过充、过放以及其他可能损害电池寿命的情况。

3、由于非隔离结构的特性，该转换器通常具有更高的能量转换效率和更小的体积。然而，这也意味着在充放电过程中，特别是在模式切换时，可能出现电压突变和启动电流冲击等问题。如果切换过程不够平滑，可能导致直流母线电压波动较大，影响整个直流微网的稳定性。

4、因此，非隔离双向dc-dc转换器的电池充放电控制必须具备快速响应能力，确保在充电与放电模式之间无缝切换，同时有效抑制电压波动和启动电流冲击。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于，提供一种非隔离dcdc充放电切换控制系统，能够实现快速的充放电无缝切换，抑制电压波动和启动电流冲击。

2、为了解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：

3、一种非隔离dcdc充放电切换控制系统，包括控制模块，控制模块包括直流母线电压外环、电池电压外环、取小函数和电流内环；

4、直流母线电压外环用于获取直流母线电压指令vdcbusref，以及直流母线电压采样vdcbus；计算直流母线电压采样vdcbus与直流母线电压指令vdcbusref之差err1，作为直流母线电压误差；根据直流母线电压误差err1，输出电流指令一i1ref；

5、电池电压外环用于获取电池恒充电压指令vbatref，以及电池电压采样vbat；计算电池恒充电压指令vbatref与电池电压采样vbat之差err2，作为电池电压误差；根据电池电压误差err2，输出电流指令二i2ref；

6、取小函数用于比较电流指令一i1ref与电流指令二i2ref的较小值作为充电电流指令iref；

7、电流内环用于计算充电电流指令iref与充电电流采样ibuck之差err3；根据 err3得到的控制器补偿电压vcomp，将vcomp与电池电压采样vbat求和得到系统参考电压vbuckref；将系统参考电压vbuckref除以直流母线电压采样vdcbus，得到标幺化的低压侧占空比dbuck。

8、进一步，直流母线电压外环包括环路控制器pi1、电池电压外环包括环路控制器pi2、电流内环包括环路控制器pi3；

9、直流母线电压外环的环路控制器pi1用于接收直流母线电压误差err1，输出电流指令一i1ref；

10、电池电压外环的环路控制器pi2用于接收电池电压误差err2，输出电流指令二i2ref；

11、电流内环的电流环路控制器pi3用于接收充电电流指令iref与充电电流采样ibuck之差err3，输出控制器补偿电压vcomp。

12、进一步，还包括dcdc变换电路；

13、dcdc变换电路包括高压侧电容ch、低压侧电容cl、滤波电感lf、开关器件sbuck和开关器件sboost；

14、高压侧电容ch的一端与开关器件sbuck的一端连接，开关器件sbuck的另一端与滤波电感lf的一端连接，滤波电感lf的另一端与低压侧电容cl的一端连接；低压侧电容cl的另一端与高压侧电容ch的另一端连接，开关器件sboost的一端与开关器件sbuck的另一端连接，开关器件的sboost另一端与低压侧电容cl的另一端连接；

15、高压侧电容ch的一端还连接高压侧的正极，高压侧电容ch的另一端还连接高压侧的负极；

16、低压侧电容cl的一端还连接低压侧的正极、低压侧电容cl的另一端还连接低压侧的负极。

17、进一步，所述开关器件sbuck的占空比为低压侧占空比dbuck，开关器件sboost的占空比为dboost；dboost等于1-dbuck。

18、本发明的目的之二在于，提供一种非隔离dcdc充放电切换控制方法，包括如下内容：

19、以充电为正方向，取直流母线电压外环的环路控制器pi1与电池电压外环的环路控制器pi2的输出较小值作为充电电流指令；

20、经电流内环的环路控制器pi3得到的控制器补偿电压vcomp，与电池电压采样vbat求和得到系统参考电压vbuckref；

21、将系统参考电压vbuckref除以直流母线电压采样vdcbus，得到标幺化的低压侧占空比dbuck。

22、进一步，具体包括：

23、直流母线电压外环获取直流母线电压指令vdcbusref，以及直流母线电压采样vdcbus；电池电压外环获取电池恒充电压指令vbatref，以及电池电压采样vbat；

24、直流母线电压外环计算直流母线电压采样vdcbus与直流母线电压指令vdcbusref之差，得到直流母线电压误差err1；电池电压外环计算电池恒充电压指令vbatref与电池电压采样vbat之差，得到电池电压误差err2；

25、将直流母线电压误差err1输入直流母线电压外环的电压环路控制器pi1，得到电流指令一i1ref；将电池电压误差err2输入电池电压外环的电压环路控制器pi2，得到电流指令二i2ref；

26、将电流指令一i1ref和电流指令二i2ref输入取小函数，得到充电电流指令iref；其中，充电电流指令iref等于电流指令一i1ref、电流指令二i2ref的较小值，iref大于0时向低压侧充电，iref小于0时向高压侧放电；

27、电流内环获取充电电流采样ibuck，计算充电电流指令iref与充电电流采样ibuck之差err3；

28、将err3输入电流内环的电流环路控制器pi3，得到控制器补偿电压vcomp；

29、计算控制器补偿电压vcomp与电池电压采样vbat之和，得到系统参考电压vbuckref；

30、计算系统参考电压vbuckref除以直流母线电压采样vdcbus的商，得到低压侧占空比dbuck。

31、进一步，还包括将低压侧占空比dbuck输入电流内环的饱和模块sat限幅之后，饱和模块sat输出最终占空比。

32、进一步，所述电压环路控制器pi2的饱和上限与饱和下限分别为ichargmax、-idischargmax；其中，电池恒充电流ichargmax为低压侧请求的最大恒充电流，电池放电电流idischargmax为低压侧允许的最大放电电流。

33、进一步，所述电流环路控制器pi3的饱和上限与饱和下限分别为compmax、compmin。

34、进一步，所述饱和模块sat的上限、下限分别为dmax、dmin。

35、本方案以充电为正方向(以降压为正)，取直流母线电压外环控制器与电池电压外环控制器的输出较小值作为充电电流指令,经电流内环控制器得到的补偿电压与电池电压采样求和可得系统参考电压(输出的是低压侧的参考电压)，最后将系统参考电压除以直流母线电压采样，可得到标幺化的低压侧占空比，不需要额外的逻辑判断。

36、优势包括：

37、1、可以实现电池充放电的无缝切换效果；

38、2、可以实现恒压恒流充电，有效改善了传统以逻辑判断作为电池充放电切换方式，本方案在ups或者eps应用场景下可以实现更快地充放电切换；

39、3、本方案直流母线电压外环和电池电压外环共用电流内环控制器，实现了更少的控制器数量，有效缓解了mcu的中断资源；

40、4、以充电为正方向，实现低压侧占空比为主导，可以避免充放电过程中的占空比较大产生的过流问题。